Lezioni di meccanica enologica
Prof. Massimo Giubilei
LE POMPE
Le pompe sono macchine idrauliche che
trasformano l’energia meccanica in energia cinetica
o in pressione.
Le pompe conferiscono al liquido (o gas):
energia cinetica determinando un flusso che si
sostanzia nella portata;
pressione che consente di superare dislivelli
(prevalenza manometrica) o di creare sottovuoto;
Forza per vincere le resistenze passive all’interno delle
tubazioni o nei filtri.
Aspetti tecnici
 Prevalenza manometrica (o prevalenza geodetica
H), esprime la differenza di livello tra il pelo libero del
liquido da aspirare e il punto di efflusso.
H1 = altezza geodetica di
aspirazione;
H2 = altezza geodetica di mandata
H1 + H2 = prevalenza manometrica
(o prevalenza geodetica H)
Aspetti tecnici
 La portata della pompa è il volume d'acqua, misurato
in litri o metri cubi, mosso dalla pompa nell'unità di
tempo (generalmente secondi o minuti).
 La portata si misura pertanto in: litri al secondo (l/s);
litri al minuto (l/m); metri cubi all'ora (mc/h), ecc.
La portata e la prevalenza sono i due elementi
fondamentali che contraddistinguono le pompe.
Aspetti tecnici (potenza e rendimento)
 La pompa, per sollevare una quantità di liquido Q e superare una
prevalenza totale H, compie un lavoro di sollevamento che richiede
una potenza P (misurata in kilowatt/ora), cioè un'energia, fornitale
attraverso un motore, definita dalla seguente espressione:
P = 9,8 * Q * H
 La formula esprime potenza utile, però a causa delle inevitabili perdite
d'energia la potenza utilizzata, cioè quella realmente necessaria per far
funzionare la pompa deve essere maggiore, si parla allora di potenza
assorbita.
 Si definisce rendimento il rapporto fra la potenza utile e quella
assorbita.
Il rendimento è sempre inferiore all'unità (R < 1) perché in qualsiasi
macchina operatrice la potenza utile è sempre minore di quella
assorbita.
Aspetti tecnici
Nella scelta delle pompe bisogna considerare anche altri aspetti tecnici
quali:
Caratteristiche del liquido (es con solidi sospesi, abrasivo viscoso,
denso ecc.)
Perdite di carico, ossia le perdite di energia del liquido dovute oltre alla
caratteristica del liquido (densità) anche alla lunghezza delle tubazioni
alla loro scabrosità interna e alle curve.
Perdite di tenuta* che si possono manifestare nelle giunture, nelle
guarnizioni o in fori sulle tubazioni.
(* Tenuta intesa come resistenza alle pressioni cui è sottoposta la pompa e la tubazione durante
l’impiego)
Aspetti tecnici (curva caratteristica)
La curva caratteristica (costruita sperimentalmente per ogni tipo di
pompa) indica la prevalenza fornita dalla pompa in funzione della portata
erogata. Ne consegue che il valore di prevalenza di una pompa deve
sempre essere riferito alla portata erogata.
La curva caratteristica varia poi in funzione
del numero di giri del motore, per cui in
realtà ogni pompa è caratterizzata da una
serie di curve caratteristiche, che variano in
funzione del numero di giri.
Come si può osservare le curve superiori sono quelle afferenti ad alti numeri di giri
N>1, mentre via via che tale numero di giri decresce le curve sono più basse.
Frequentemente le stesse case costruttrici forniscono i diagrammi prevalenza-portata
di una data pompa a diversi valori di N (così come ad esempio è riportato in figura 2),
corredati tuttavia di linee iso-rendimento; tali linee possono essere definite come il
luogo dei punti di funzionamento in cui il rendimento della pompa è costante.
Aspetti tecnici (posizione e collegamento )
In base alla posizione in cui si trova la pompa rispetto al pelo libero, le
pompe possono funzionare in:
Aspirazione, se l’asse è ad un livello superiore del pelo libero del liquido
da aspirare;
Sottobattente (o di spinta), se l’asse è ad un livello inferiore al pelo
libero del liquido da aspirare.
Per quanto concerne il modo in cui si possono collegare più pompe si ha:
In serie (una pompa dietro l’altra) con conseguente somma delle
prevalenze e la portata resta invariata;
In parallelo (ognuna con un proprio tubo di aspirazione e le mandate
confluiscono insieme) con conseguente somma delle portate e le
prevalenze rimangono le stesse.
Classificazione delle pompe
In base al principio di funzionamento possiamo
suddividere in due categorie:
 Volumetriche
 A moto alternato o alternative
 Rotative
•
•
•
•
A vite eccentrica Mohno
A rotore ellittico
A lobi
Peristaltiche
 Centrifughe
 Autoadescanti
 Non autoadescanti
• A pistoni o stantuffo
• A membrana
Pompe a pistoni
e
Pompe a membrana
POMPE ALTERNATIVE
Pompa a pistoni
Le pompe a pistoni si suddividono in 3 tipologie in base
al loro funzionamento:
A stantuffo aspirante (non utilizzate in enologia)
A stantuffo aspirante-premente (ormai in disuso)
A doppio effetto (molto diffuse e usate soprattutto per il
trasporto di liquidi anche con piccole particelle solide)
Pompa a pistoni a stantuffo aspirante
La pompa a pistoni a stantuffo aspirante, non trovano
applicazioni in enologia, sono costituite da una camera
cilindrica nella quale scorre il pistone.
Sul pistone è posizionata una valvola (valvola premente o
di trapasso) che consente la funzione di aspirazione, una
valvola analoga (valvola di aspirazione) è posizionata
all'inizio della tubazione di aspirazione.
Pompa a pistoni a stantuffo aspirante
La pompa a pistoni a stantuffo
aspirante, non trovano applicazioni in
enologia, sono costituite da una
camera cilindrica nella quale scorre il
pistone.
Sul pistone è posizionata una valvola
(valvola premente o di trapasso) che
consente la funzione di aspirazione,
una valvola analoga (valvola di
aspirazione) è posizionata all'inizio
della tubazione di aspirazione.
Pompa a pistoni a stantuffo aspirante
Il funzionamento è il seguente:


durante la corsa di salita si apre la valvola
di aspirazione posta alla base e il liquido
entra nella camera inferiore della pompa,
mentre il liquido che si trova nella camera
superiore viene espulso dalla pompa.
Durante la corsa di discesa si apre la
valvola posta sul pistone che permette il
passaggio del liquido dalla camera
inferiore a quella superiore. La valvola di
aspirazione è chiusa.
Pompa a pistoni aspirante-premente
La pompa a pistoni a stantuffo aspirante-premente
a semplice effetto sono ormai superate da quelle a
doppio effetto.
Esse sono sono costituite da una camera cilindrica
con due valvole, una di aspirazione e l'altra di
mandata, il movimento alternato del pistone,
all'interno della camera, consente prima
l'aspirazione e poi la mandata.
Queste pompe sono caratterizzate da un evidente
effetto pulsante, che può essere attenuato con
l'applicazione di una camera di compensazione
(camera d'aria) posta a valle della valvola di
mandata.
Pompa aspirante premente.mp4
Pompa a pistoni a doppio effetto
Le pompe a pistoni a doppio effetto sono molto diffuse
nelle cantine e spesso sono costituite da due cilindri per
rendere più continuo il flusso e migliorare l'efficienza.
In queste pompe lo stantuffo divide il cilindro in due
parti, ognuna delle quali è dotata sia della valvola di
aspirazione che di quella di mandata. In questo modo ad
ogni corsa del pistone si ha sia l'aspirazione e
contemporaneamente la mandata.
In questo modo l'effetto pulsante è notevolmente ridotto
e con l'ausilio della camera d'aria diviene quasi continuo.
Pompe a pistoni
Pompa a pistoni caratteristiche
 Le pompe a pistoni sono impiegate per travasi di vino, uva





diraspata, mosto, feccia, ecc… e liquidi densi in genere anche
con corpi in sospensione
Sono autoadescanti
Possono funzionare a secco senza problemi.
Il dimensionamento è tale da consentire il più basso numero
di cicli del pistone a parità di portata (al fine di mantenere
quanto più possibile inalterato il prodotto da travasare)
La portata è direttamente proporzionale all'alesaggio, alla
corsa e al numero delle corse
In genere sono munite di invertitore di flusso
Pompa a membrana
Le pompe a membrana sono adatte soprattutto per liquidi
abrasivi (esempio quando si usano le farine fossili); si
impiegano, infatti, per alimentare i filtri ad alluvionaggio
continuo e per la preparazione del prepanello dei filtri
sottovuoto
Sono costituite da due calotte divise da una membrana
elastica, chiamata diaframma, che viene mossa verso l'alto e
verso il basso da un moto alternato di una manovella.
Sulla calotta inferiore sono collegati i tubi di aspirazione e di
mandata, muniti entrambe delle rispettive valvole.
Pompa a membrana schema
A = valvole a sfera
B = camera di pompaggio
C1 = membrana lato prodotto
C2 = membrana lato aria
D = collettore di aspirazione
E = collettore di mandata
F = scambiatore pneumatico
Pompa a membrana caratteristiche




Le pompe a membrana sono impiegate per liquidi abrasivi
Sono autoadescanti
Manifestano l'effetto pulsante
Hanno alta prevalenza e bassa portata
Pompa a membrana
Mohno o a vite eccentrica o monovite
A rotore ellittico
A lobi
Peristaltiche
POMPE ROTATIVE
Pompa monovite
Le pompe volumetriche a vite eccentrica (pompe
mohno) utilizzano il principio di Archimede, sono
adatte al pompaggio di liquidi, vino, uva pigiata e
diraspata; per la particolare costruzione trasferiscono in
modo delicato e funzionano anche con corpi solidi
leggermente abrasivi in sospensione.
Dal punto di vista tecnico si evidenziano:
•Il flusso costante con assenza di pulsazioni;
•l’aerazione ed l’emulsione del prodotto è minima;
•la bassa rumorosità e le trascurabili vibrazioni.
•sono autoadescanti e reversibili
•la pressione di lavoro raggiungibile è di 4÷6 bar.
•possono essere dotate di by-pass automatico di
sicurezza.
24
Pompa monovite
La portata è in funzione del regime di rotazione del rotore, lo statore è realizzato
in gomma alimentare e il movimento combinato di questi organi crea un flusso
continuo, senza sbattimenti e con il massimo rispetto delle caratteristiche
organolettiche del prodotto.
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Pompa monovite
Il prodotto viene convogliato da una coclea fino all'interno della pompa, dove
l'azione di un rotore ellittico in acciaio inox, a mezzo di una valvola separatrice,
lo spinge nella tubazione di uscita. Il pompaggio avviene per pressione e non per
forza centrifuga, evitando la rottura dei raspi e la frantumazione degli acini,
ottenendo così un'ottima qualità di prodotto finito.
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Pompa monovite
Esempio di alcuni modelli della ENOVENETA
MODELLO
V614
V615
V616
V618
V619
KW
1.5
2.2
3.0
5.5
7.5
LT / H
600/3000
1500/6000
3000/13000
4000/21000
8000/41000
PREVALENZA MT
20
25
30
30
40
GIRI/MIN
190/1000
125/500
125/500
155/400
70/370
RACCORDI
40
40
60
80
100
MISURE
1200X460X745
1435X500X835
1640X500X980
2100X600X1000
2300X600X1000
PESO KG
60
195
220
290
350
Pompa monovite filmati
Funzionamento pompa a vite.mp4
Pompa a vite funzionamento.mp4
Pompa a vite modello funzionamento.mp4
Pompe a rotore ellittico
Queste pompe sono adatte al trasferimento di uva
intera o pigiata, vinacce fresche o fermentate.
Questo tipo di pompa agisce per mezzo di un
rotore ellittico che esercita la pressione sul
prodotto, assicurando così il miglior trattamento al
prodotto pompato evitando la rottura dei raspi e la
frantumazione di bucce e vinaccioli, ottenendo così
un´ottima qualità di prodotto finito.
Pompe a rotore ellittico
È formata dall´unità monoblocco (1)
(costruita interamente in acciaio inox) Il
prodotto viene convogliato da una coclea
fino all´interno della pompa (2), dove
l´azione di un rotore ellittico in acciaio
inox (3), a mezzo di una valvola
separatrice (4), lo spinge nella tubazione
di uscita (5).
Il pompaggio avviene per pressione e
non per forza centrifuga.
Pompe a rotore ellittico
Dati tecnici
PREL 6 150
PREL 6 220
PREL 8
Produzione oraria (uva) [t/h]
14
20
25
Potenza motore elettrico [kW]
4-5,5-7,5
4-5,5-7,5
4-5,5-7,5
5/8/10
4/7/9
4/6/8
Distanza di scarico (uva) [m]
30/40/55
25/35/45
20/30/40
Rotore inox Ø [mm]
300x150
300x220
300x220
220
220
220
47-58
47-58
77
100-120
100-120
100-120
195/210/220
195/210/220
195/210/220
Altezza di scarico (uva) [m]
Coclea tramoggia Ø [mm]
Velocità rotazione pompa [giri/min]
Uscita di scarico pompa Ø [mm]
Peso [kg]
Pompa a lobi
La pompa a lobi è una pompa
volumetrica. L'effetto trasporto
viene generato dai due elementi
di pompaggio (i lobi)
controrotanti e sincronizzati che
ruotano, senza che si tocchino tra
loro, all'interno di una camera
(vano della pompa).
32
Pompa a lobi
Il prodotto viene trasportato all'interno del corpo
pompa dagli elementi di pompaggio e passa dal
lato aspirazione al lato mandata.
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Pompa a lobi
La forma dei lobi varia, cosi come
possono variare il numero dei lobi di
ogni elemento.
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Pompa a lobi caratteristiche
Le caratteristiche delle pompe a lobi sono:
• Reversibili
• Autoadescanti
• Resistenti al funzionamento a secco
• Resistenti a sostanze grossolane
• Portata proporzionale alla velocità
• Pompaggio soffice
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Pompa peristaltica
Il principio di funzionamento della pompa
peristaltica consiste nello schiacciamento
progressivo di un tubo elastomerico da parte
di rulli opportunamente posizionati. Fra
una compressione e la successiva il tubo
ritorna al suo diametro primitivo
provocando un vuoto idoneo ad aspirare il
prodotto da veicolare.
Questo pompaggio delicato non causa
danno al prodotto e gli evita
contaminazione con organi meccanici e
lubrificanti della pompa.
36
Pompa peristaltica
Le principali caratteristiche di queste pompe sono:
• rispetto della integrità del prodotto
• possibilità di trasferire prodotti eterogenei con corpi
solidi in sospensione (esempio vinacce o pigiato)
• assenza di contatto fra il prodotto da trasferire e gli
organi meccanici
• elevato potere autoadescante
• invertibilità del flusso
• funzionamento senza prodotto da trasferire.
La pompa peristaltica è per sua natura una pompa "pulsante", in
quanto la portata non è costante sul singolo giro. Per ridurre il
fenomeno della pulsazione vengono impiegati compensatori –
campane- di forma e dimensione opportuna che assorbono il "picco
della pulsazione", fino ad ottenere una portata costante.
37
Autoadescanti
Non autoadescanti
POMPE CENTRIFUGHE
Pompe centrifughe
Le pompe centrifughe sono costituite da
un organo mobile: la girante, (formata
da un piatto sul quale sono inserite delle
palette) e da una parte fissa: cassa a
spirale (chiocciola o voluta).
Facendo ruotare velocemente la girante,
il liquido viene spinto, per effetto della
forza centrifuga, dal centro verso la
periferia della girante. La forza centrifuga
avendo una direzione radiale, crea in
prossimità del centro (occhio della
pompa) una depressione capace di
richiamare attraverso la condotta di
aspirazione altro liquido.
Pompe centrifughe
Le pompe centrifughe è preferibile siano installate in posizione sotto
battente, perché la pompa per poter sollevare il fluido deve essere
adescata, cioè sia il condotto di aspirazione, sia il corpo della pompa
devono essere sempre pieni di liquido.
Quando si installa in aspirazione, bisogna prevedere opportuni
dispositivi per evitare il funzionamento a secco e la formazione di
vortici e la possibile aspirazione di aria; il funzionamento a secco o in
presenza di bolle d’aria causa il danneggiamento della tenuta
meccanica.
Per questo bisogna disporre all’inizio del condotto di aspirazione una
valvola di fondo (o di non ritorno), in modo da mantenere sempre
pieni il tubo e la pompa.
Pompe centrifughe
Il liquido spinto dalla girante sulle pareti della
chiocciola e per la conformazione di quest’ultima che è
a sezione crescente, acquista energia cinetica ed energia
di pressione che permette la risalita del fluido attraverso
la condotta di mandata.
L a forza centrifuga (Fc) che spinge il liquido verso la periferia è
direttamente proporzionale alla massa del liquido (M) e all’accelerazione
centrifuga (ac)
Fc = M * ac
Forza Centrifuga = Massa * Accelerazione Centrifuga
L’ accelerazione centrifuga è data dal raggio medio della girante (R) per la velocità angolare
della girante ω Ac= ω2 x R
Pompe centrifughe autoadescanti
L’aria (frecce gialle) viene aspirata all’interno
della pompa dalla depressione creata dalla
girante in movimento e si emulsiona col
liquido (frecce blu) contenuto nel corpo
pompa.
L’emulsione aria-liquido viene spinta nella
camera d’innescamento dove l’aria, più
leggera, si separa ed esce dal tubo di mandata;
il liquido, più pesante, ricade e torna in
circolazione.
Espulsa tutta l’aria dal condotto di
aspirazione, la pompa s’innescherà e
funzionerà come una normale pompa
centrifuga.
Tubazioni e raccordi
Le tubazioni in genere sono costituite da tubi flessibili in PVC plastificato con
spirale di rinforzo in PVC rigido antiurto.
Queste tubazioni hanno la superficie interna liscia e un’ottima resistenza allo
schiacciamento; ciò gli conferisce una ottima resistenza e indeformabilità sia in
fase di aspirazione che di mandata del liquido.
La raccorderia normalmente è in acciaio inox. Ad ogni giunzione si devono
prevedere adeguati fissaggi e guarnizioni.
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Tubazioni e raccordi
Si possono avere anche tubazioni fisse realizzate in acciaio inox che collegano i
vasi vinari
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